Номер 9, страница 194 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

7.9. Найдите массовую долю соляной кислоты в растворе, образовавшемся при длительном стоянии воды, насыщенной хлором при 0 °C на свету. Растворимость хлора в воде при 0 °C составляет 1,48 г в 100 г воды.

Дано:

Растворимость $Cl_2$ в воде при 0 °C = 1,48 г на 100 г $H_2O$
Масса воды, $m(H_2O)$ = 100 г
Масса хлора, $m(Cl_2)$ = 1,48 г

Найти:

Массовую долю соляной кислоты, $\omega(HCl)$ — ?

Решение:

При растворении хлора в воде происходит обратимая реакция с образованием соляной ($HCl$) и хлорноватистой ($HOCl$) кислот. Полученный раствор называют хлорной водой.

$Cl_2 + H_2O \rightleftharpoons HCl + HOCl$

На свету неустойчивая хлорноватистая кислота разлагается с выделением кислорода:

$2HOCl \xrightarrow{h\nu} 2HCl + O_2 \uparrow$

Разложение $HOCl$ смещает равновесие первой реакции вправо. Так как раствор стоял на свету длительное время, можно считать, что весь растворенный хлор полностью прореагировал. Суммарное уравнение процесса можно получить, сложив первое уравнение (предварительно умноженное на 2) и второе:

$2Cl_2 + 2H_2O \xrightarrow{h\nu} 4HCl + O_2 \uparrow$

Для расчетов возьмем за основу количество веществ, соответствующее насыщенному раствору: 100 г воды и 1,48 г растворенного в ней хлора.

Масса исходного насыщенного раствора:

$m_{исх. р-ра} = m(H_2O) + m(Cl_2) = 100 \text{ г} + 1,48 \text{ г} = 101,48 \text{ г}$

Рассчитаем молярные массы веществ, используя относительные атомные массы: Ar(Cl) = 35,5; Ar(H) = 1; Ar(O) = 16.

$M(Cl_2) = 2 \times 35,5 = 71 \text{ г/моль}$

$M(HCl) = 1 + 35,5 = 36,5 \text{ г/моль}$

$M(O_2) = 2 \times 16 = 32 \text{ г/моль}$

По суммарному уравнению реакции найдем массу образовавшейся соляной кислоты ($HCl$) и выделившегося кислорода ($O_2$), исходя из массы прореагировавшего хлора (1,48 г).

Масса образовавшейся $HCl$:

$m(HCl) = m(Cl_2) \cdot \frac{4 \cdot M(HCl)}{2 \cdot M(Cl_2)} = 1,48 \text{ г} \cdot \frac{4 \cdot 36,5 \text{ г/моль}}{2 \cdot 71 \text{ г/моль}} = 1,48 \cdot \frac{146}{142} \approx 1,5217 \text{ г}$

Масса выделившегося кислорода, который является газом и покидает раствор:

$m(O_2) = m(Cl_2) \cdot \frac{M(O_2)}{2 \cdot M(Cl_2)} = 1,48 \text{ г} \cdot \frac{32 \text{ г/моль}}{2 \cdot 71 \text{ г/моль}} = 1,48 \cdot \frac{32}{142} \approx 0,3335 \text{ г}$

Масса конечного раствора равна массе исходного раствора за вычетом массы улетевшего кислорода:

$m_{кон. р-ра} = m_{исх. р-ра} - m(O_2) = 101,48 \text{ г} - 0,3335 \text{ г} = 101,1465 \text{ г}$

Массовая доля соляной кислоты в конечном растворе вычисляется по формуле:

$\omega(HCl) = \frac{m(HCl)}{m_{кон. р-ра}} \cdot 100\% = \frac{1,5217 \text{ г}}{101,1465 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 1,5044\%$

С учетом точности исходных данных (3 значащие цифры в массе хлора), результат следует округлить до сотых долей процента.

Ответ: массовая доля соляной кислоты в растворе составляет 1,50%.